Untersuchung der Oberflächenrauhigkeit dünner Schichten durch Messung der diffusen Streuung und der Reflektivität von harten Röntgenstrahlen

Weber, W.

Book/Report

FZJ-2018-03783

Untersuchung der Oberflächenrauhigkeit dünner Schichten durch Messung der diffusen Streuung und der Reflektivität von harten Röntgenstrahlen

Weber, W. (Corresponding author)FZJ*

1992
Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag Jülich

Jülich : Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag, Berichte des Forschungszentrums Jülich 2603, 204 p. (1992)

Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/19143

Report No.: Juel-2603

Abstract: Bei der Herstellung dünner Schichten oder Schichtpakete für die Mikroelektronik -Stichwort: epitaktische III-V Halbleiterschichten - spielen Mikrorauhigkeiten anGrenzflächen eine wesentliche Rolle. Auch bei der Produktion von Vielfachschichten, die z. B. Anwendung in der Röntgenoptik finden sowie bei der Herstellung von Veredlungsschichten für die Lichtoptik ist eine genaue Kenntnis der Grenzflächenrauhigkeiten unerläßlich. Häufig werden Oberflächenrauhigkeiten mit Hilfe von "Abtastverfahren" (Rasterkraftmikroskop, Profilometer) bestimmt. Aufgrund des immer endlichen Durchmessers der Nadelspitze können dabei allerdings Oberflächen, deren laterale Strukturen weit kleiner als der Nadeldurchmesser sind, nur sehr grob charakterisiert werden; zudem bleiben innere Grenzflächenstrukturen mit diesen"Abtastverfahren" völlig unzugänglich. Bei der Überwindung dieser Schwierigkeiten bietet sich eine Bestimmung der Grenzflächenrauhigkeiten durch Röntgentechnikenan. Da die Wellenlänge der harten Röntgenstrahlen im $\mathring{A}$ngströmbereich liegen, können auch Grenzflächenstrukturen bis in den $\mathring{A}$ngströmbereich aufgelöst werden. Zudem ist auch eine Untersuchung innerer Grenzflächen möglich. Wie eine Vielzahl von Messungen im Bereich weicher Röntgenstrahlen [1.1-1.8] und Messungen im Bereich harter Röntgenstrahlen [1.9-1.18] gezeigt haben, verringert die Rauhigkeit nicht nur die Reflektivität der Grenzfläche, sondern es tritt zusätzlich diffus gestreute Intensität auf. Eine gute Simulation der Reflektivitätsmessungen an rauhen Grenzflächen ergibt sich, wenn der Einfluß der Rauhigkeit auf die reflektierte Intensität mit dem von Névot und Croce [1.19] entwickelten Modell berücksichtigt wird. Die rauhe Grenzfläche wird dabei durch $\underline{eine}$ $\underline{Schar}$ $\underline{ebener}$ $\underline{Grenzflächen}$, die mit einer Gaußverteilung (Standardabweichung $\sigma_{1}$) verteilt sind, beschrieben. Dies ist zum einen eine fragwürdige Beschreibung der Rauhigkeit, wobei sich die Frage stellt, inwieweit der Modellparameter $\sigma_{1}$ die tatsächliche Rauhigkeit richtig wiedergibt. Zum anderen kann dieses Modell die diffus gestreute Intensität nicht erklären. Hinzu kommt, daß die Messung der Reflektivität durch ein nie vollständiges Ausblenden der diffus gestreuten Intensität, immer mehr oder weniger stark verfälscht ist. Es ist somit wichtig, ein neues Verfahren zu entwickeln bzw. zur Anwendung zu bringen, bei dem die genannten drei Punkte berücksichtigt werden. Die Messung und Auswertung der diffus gestreuten Intensität ist dieses gesuchte Verfahren. Es gibt eine Vielzahl von Modellen [1.20-1.32], die sich mit der diffusen Streuung an Grenzflächenrauhigkeiten beschäftigen. Bei diese Modellen wird die Rauhigkeit durch eine gaußförmige Verteilung der Höhen mit der Standardabweichung $\sigma$ und durch eine Höhen-Höhen-Korrelationsfunktion beschrieben. Der Modellparameter $\sigma$ erscheint als ein weit realistischer Rauhigkeitsparameter als dies noch bei der Definition von $\sigma_{1}$ der Fall ist ; zudem werden auch laterale Strukturen berücksichtigt. Im Bereich harter Röntgenstrahlen gibt es bislang nur sehr wenige Messungen derdiffus gestreuten Intensität - eine erfolgreiche Auswertung dieser Messungen hat es meines Wissens bislang nicht gegeben. Es ist daher der Zweck dieser Arbeit,umfassende Messungen der an Grenzflächenrauhigkeiten diffus gestreuten Intensität im Bereich harter Röntgenstrahlen vorzunehmen, und ein Modell zu finden, mit dem sich die Messungen erklären lassen. Auf diese Weise erhält man quantitative Aussagen über die vertikale Rauhigkeit u und über die lateralen Strukturen, diedurch eine Korrelationsfunktion charakterisiert sind. Da bislang jegliche Erfahrung mit der Auswertung der Streumessungen im Bereich harter Röntgenstrahlen fehlen,werden die aus Streumessungen bestimmten Parameter mit denen verglichen, die sich aus Reflektivitätsmessungen und durch Rasterkraftmikroskopiemessungen ergeben. Hieraus lassen sich wieder Rückschlüsse auf die Anwendungsgrenzen der verwendeten Modelle ziehen.

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